La science du climat a servi de base au texte adopté et n’a été contestée par aucun des 195 Etats présents (photo COP21 Benjamin Géminel via Flickr CC BY 2.0)

Enfin. Au terme de 12 jours de débats, les représentants de 195 états regroupés dans la COP21 ont finalement réussi à trouver un accord pour tenter de stabiliser le climat, accord qui devrait rentrer en vigueur en 2020 après un processus de ratification qui semble acquis. Quel bilan tirer de cet évènement sur lequel étaient braqués les yeux du monde entier ?

Soulignons d’abord que la science a triomphé. Alors que bien des réunions internationales précédentes avait fait l’objet d’offensives « climatosceptiques », à l’image du prétendu « Climategate », qui avait éclaté opportunément juste avant la conférence de Copenhague, rien de tel n’a eu lieu cette fois-ci. La science du climat, telle qu’elle a été expertisée et résumée par le travail du GIEC (Groupe d’experts Intergouvernemental sur l’Evolution du Climat), a servi de base à l’ensemble des travaux et n’a été contestée par aucun des 195 Etats présents.

Tout ce qui a été évoqué repose sur l’état actuel du savoir scientifique

Qu’il s’agisse de la nécessité de rester « nettement en dessous de 2°C » de réchauffement, du risque d’atteindre un réchauffement global de 4 à 5°C en l’absence d’action, de la probabilité d’une hausse du niveau marin de l’ordre du mètre à la fin du siècle, des différents risques climatiques… tout ce qui a été évoqué repose sur l’état actuel du savoir scientifique. Les participants ont même reconnu l’insuffisance, au regard de la science, des engagements qu’ils ont pris – engagements qui sont pour l’instant trop modestes pour atteindre l’objectif visé, puisqu’en l’absence d’améliorations ultérieures ils se traduisent par un réchauffement probablement proche de 3°C.

Il n’empêche. A Paris, les Etats se sont donné un objectif commun (les 2°C), ont reconnu une responsabilité « partagée » quoique « différenciée », promis des efforts, des fonds et de la transparence. La délivrance d’un tel message, endossé par les chefs des Etats les plus puissants de la planète, de Vladimir Poutine à Barack Obama, en passant par Xi Jinping, est un acquis énorme.

La lutte contre le réchauffement ne sera pas un sprint, mais un marathon

Mais chacun sait que la pression du court terme et la tentation d’oublier les promesses seront fortes. Le climatologue Daniel Shrag le rappelait récemment, « la lutte de l’humanité contre le réchauffement climatique ne sera pas un sprint, mais un marathon ». Un marathon qui occupera les prochaines décennies, et qui ne pourra pas être gagné sans continuer à développer, et sans écouter davantage, une science vivante et dynamique, indispensable aussi bien pour affiner les diagnostics que pour inventer les solutions.

Yves Sciama.

> Retrouvez le dossier complet de Science & Vie “Climat, le tour de France des régions” sur Kiosquemag.com

Suspendre un poids aussi lourd qu’une voiture à deux annuaires, c’est possible ! – Ph. © France 5 / 2P2L

Il faut le voir pour le croire : lorsque les pages de deux annuaires téléphoniques sont intercalées les unes aux autres, l’ensemble devient tellement résistant qu’il est impossible à séparer si on le tire de part et d’autre ! Un phénomène de physique illustré de manière spectaculaire dans l’émission On n’est pas que des cobayes (France 5) : deux annuaires enchevêtrés ont permis de soulever une voiture !

Comment expliquer une résistance aussi énorme ? Aucun physicien n’avait fourni une bonne description du phénomène… jusqu’à ce que s’en empare une équipe de chercheurs français (Paris Sud, ParisTech et Grenoble INP) et canadiens (université McMaster).

La science des annuaires étudiée en détail à l’aide d’une machine de traction

En laboratoire, les chercheurs se sont servis d’une machine de traction afin de mesurer avec précision la force nécessaire pour séparer des feuilles de papier intercalées. Et ce, en fonction de trois paramètres : le nombre des feuilles, l’épaisseur du papier et la distance de recouvrement (la longueur sur laquelle les feuilles se chevauchent l’une l’autre).

La machine de traction, utilisée en laboratoire pour mesurer la force de friction – Ph. © Frédéric Restagno et Christophe Poulard.

Le nombre de feuilles, la distance sur laquelle elles se superposent, ainsi que l’épaisseur du papier déterminent la résistance de l’ensemble. – Ph. © Frédéric Restagno et Christophe Poulard.

Résultat de l’expérience ? Ces trois paramètres combinés définissent la force nécessaire pour séparer les feuilles. A partir d’un certain nombre de feuilles intercalées, si elles sont suffisamment superposées, le paquet devient résistant à la traction verticale. Ensuite, plus on ajoute de feuilles à cet empilement, et plus la résistance augmente… avec une rapidité plus qu’exponentielle.

Multiplier par dix le nombre de feuilles, multiplie par dix mille leur résistance !

Par exemple : une fois que le minimum de feuilles est atteint, le paquet résiste à une force x ; si on multiplie par 10 le nombre de feuilles, la résistance devient 10 000 fois x !

Voilà qui explique, vu leur très grand nombre de pages, l’énorme résistance des annuaires intercalés.

Si on entremêle les pages de deux annuaires, impossible de les séparer en tirant dessus ! – Ph. © France 5 / 2P2L

Est-ce la friction qui fait tenir l’ensemble ?

Cependant, cela n’explique pas tout ! Sur le plan théorique, restait à comprendre comment les pages si fines de deux annuaires peuvent tenir ensemble alors que ceux-ci sont tirés par les tranches… voire qu’un poids aussi lourd qu’une voiture leur est suspendu. Jusqu’ici, on tenait pour responsable la simple friction entre les pages.

Pour mieux comprendre le phénomène, Frédéric Restagno et ses collègues ont construit un modèle, dont la clé tient à une petite observation : à mesure que l’on intercale de nouvelles feuilles entre les annuaires, celles qui sont sur les côtés se plient vers la reliure. Même chose si on pousse les feuilles plus profondément les unes dans les autres.

Il existe donc un petit angle à la base de ces feuilles, qui fait que, selon les lois de la mécanique, lorsqu’on tire verticalement sur les tranches, cette force verticale est convertie en une force horizontale qui vient appuyer sur les feuilles, les compressant ensemble. Ensuite, les frottements entre chacune des feuilles les empêchent de glisser les unes sur les autres. Conséquence : les annuaires se maintiennent unis et inséparables !

Ces résultats sont déjà détaillés dans la plateforme en accès libre ArXiv et seront publiés en janvier dans la revue Physical Review Letters.

—Fiorenza Gracci

> Lire aussi dans les Grandes Archives de S&V :

• Moteurs, adieu les frottements ! — S&V n°1076 (2007). La friction ne fait pas seulement tenir les annuaires contre vents et marées, elle fait aussi gaspiller beaucoup d’énergie dans les moteurs. Ce cauchemar de mécaniciens pourrait être résolu à l’aide de super-lubrifiants…

En 1997, l’ordinateur Deep Blue battait le champion d’échecs Gary Kasparov. Depuis, les développements de l’intelligence artificielle explosent.

Matthieu Villiers, directeur de la rédaction de Science & Vie, présente à Jérôme Bonaldi les dernières innovations en la matière : Des robots capables d’apprendre des jeux, un langage ou même de jouer les psychologues.

Un aperçu vertigineux de ce que pourrait être notre futur !

Pour en savoir plus, à lire dans Les Grandes Archives de Science & Vie :

– Robots, leur intelligence dépasse déjà la nôtre, Science & Vie n°1166.

Pour découvrir Science & Vie TV : http://www.science-et-vie.tv

La sonde américaine Dawn a réalisé une première dans l’histoire de l’exploration du système solaire : Dawn s’est d’abord satellisée autour de l’astéroïde Vesta, avant de se mettre en orbite autour de la planète naine Cérès. Photos Nasa.

C’est incontestablement l’une des plus belles et des plus réussies missions spatiales de ce début de XXI e siècle : la sonde américaine Dawn est en train d’achever avec succès son long voyage dans le système solaire, en s’approchant de plus en plus de la planète naine Cérès…
Partie de la Terre il y a huit ans, en septembre 2007, Dawn s’est d’abord dirigée vers le plus gros astéroïde du système solaire, Vesta, autour duquel elle s’est satellisée un an, avant – une première ! – de remettre ses moteurs en route pour aller visiter pour la première fois une « planète naine ». Cérès, avec sa masse de près de un milliard de milliards de tonnes et son diamètre de 950 kilomètres, a en effet, comme une planète, un champ de gravité suffisamment puissant pour lui conférer une forme quasi sphérique, et l’astre n’est plus considéré comme un simple astéroïde.
Depuis le mois de mars 2015, la sonde, satellisée autour de Cérès, scanne systématiquement le petit astre, et étudie la composition chimique de sa surface. De mois en mois, Dawn abaisse son orbite, afin que ses petits télescopes perçoivent de plus en plus de détails… Depuis quelques jours, la sonde se trouve à seulement 380 kilomètres d’altitude, et les planétologues se préparent à contempler les paysages les plus étranges de la planète naine avec une résolution de 40 mètres seulement…

Le cratère Occator mesure 90 kilomètres de diamètre. Son arène est presque dénuée de cratères d’impacts, c’est une formation très jeune, estimée à 80 millions d’années par les spécialistes. Le fond de son arène immense est couvert de salars, et les planétologues soupçonnent que cette région de Cérès est toujours active aujourd’hui, de la vapeur d’eau s’échappant probablement du sous-sol lorsque le cratère est ensoleillé. Photo Nasa.

L’un des objectifs principaux de cette ultime série d’orbites sera d’observer avec précision le mystérieux cratère Occator, dont l’arène est ponctuée de taches blanches éblouissantes. Les scientifiques sont en passe de lever le mystère de ces formations éclatantes, suffisamment brillantes pour avoir été perçues depuis la Terre, alors que Cérès n’apparaissait aux télescopes que comme une poignée de pixels…
On a cru d’abord qu’il s’agissait de glace, une hypothèse renforcée par la faible densité de Cérès, 2,0, qui montre que la petite planète est probablement gorgée d’eau. Puis, exit la glace – les spectrographes ne détectant pas la signature de l’eau dans leurs mesure – c’est le sel qui a été invoqué.
Aujourd’hui, alors que la sonde survole en rase-mottes Occator tous les jours, les scientifiques sont formels : ces plaques de matériau blanc sont bel et bien des plages de sel, de sulfate de magnésium plus précisément, un « sel d’Epsom » qui demeure lorsque l’eau qui le contenait s’est évaporée…
Un scénario, dès lors, se précise : la centaine de taches blanches trouvées dans Occator et un peu partout sur la planète sont des reliques de glace salée exposée en surface par des impacts météoritiques. L’eau sublimée, demeure ces salars extraterrestres.
L’âge du cratère Occator, évalué grâce à la faible densité d’impacts météoritiques de son arène de 90 kilomètres de diamètre, avoisine 80 millions d’années. Une formation jeune, donc, comparée à d’autres régions de Cérès, couvertes de cratères à saturation… Dawn a confirmé que le cratère est le siège d’une activité, des bancs de brume ayant été détectés dans son arène lorsque le Soleil est au plus haut. La glace du sous-sol de Cérès, comme les chercheurs le soupçonnaient, s’échappe donc bien sous forme de vapeur d’eau, probablement sous l’aspect de discrets geysers, qui restent encore à observer.

Le petit cratère Oxo ne mesure que 10 kilomètres de diamètre, et a du être creusé par un astéroïde de quelques centaines de mètres seulement. L’impact, récent à l’échelle géologique, a excavé la glace du sous-sol. Celle-ci a disparu depuis longtemps, ne reste à la surface que le sel qu’elle contenait. Photo Nasa.

Les chercheurs, grâce à la mission Dawn, affinent aussi leur connaissance de Cérès en particulier, du système solaire en général. Deux indices, en effet, les incitent à envisager que Cérès, qui tourne actuellement entre Mars et Jupiter, ne s’est pas formé là… Outre sa richesse surprenante en eau, Cérès a aussi révélé au spectrographe de Dawn que ses roches étaient riches en ammoniac. Or ce composé très volatil n’a pas pu se condenser dans ce petit astre à sa distance actuelle du Soleil. Les planétologues soupçonnent donc Cérès d’être un objet lointain, formé, peut-être, comme la planète naine Pluton, dans la ceinture de Kuiper, à une dizaine de milliards de kilomètres de la Terre, et que le grand jeu de billard cosmique des débuts du système solaire, avec en particulier les migrations des géantes Jupiter et Saturne, aurait stabilisé à sa position actuelle.
La mission Dawn n’est pas achevée. La sonde va demeurer sur son orbite actuelle pendant encore quelques mois, durant lesquels les astronomes espèrent détecter une activité dans le cratère Occator, ou ailleurs sur la mini planète.
On ignore encore quand la mission Dawn prendra fin. Probablement avant la fin de l’année 2016, lorsque les réserves d’hydrazine, ce gaz qui permet d’orienter la sonde vers Cérès et vers la Terre, seront épuisées. Ensuite, Dawn deviendra un satellite artificiel de la petite planète, une marque de plus de la présence de l’humanité partout dans le système solaire.
Serge Brunier

Un Eros endormi qu’on dirait plongé en plein rêve (environ IIe siècle av. J.-C., Metropolitan Museum of Art) – Ph. “shooting_brooklyn” / Wikipedia Loves Art participant / Wikimedia Commons / CC BY-SA 2.5

Freud voyait dans nos songes une échappatoire aux tensions psychiques néfastes accumulées pendant la journée. Dès les années 1980, Francis Crick, Prix Nobel de médecine, formulait une hypothèse qui aurait sans doute plu au père de la psychanalyse. Selon lui, les rêves permettraient d’éliminer le flot d’informations superflues captées durant la journée, qui, en surchargeant le cerveau, risqueraient de lui être nocives.

Comme on soulage la mémoire vive d’un ordinateur en supprimant les données inutiles, nous rêverions pour oublier les pensées parasites en les “rangeant” en vrac dans des petites histoires : les rêves. Ce qui expliquerait pourquoi leur contenu n’a souvent aucun sens. Crick avoue que tant que les substances chimiques responsables de ce mécanisme n’ont pas été identifiées, sa théorie doit être considérée comme spéculative.

Le rêve utile

Mais l’idée du “rêve utile” n’est pas près de disparaître. De nombreuses recherches la confortent, lui attribuant même un rôle bénéfique sur nos émotions. Selon une étude américaine réalisée dans les années 1990, les femmes qui surmontent le mieux la dépression causée par un divorce sont aussi celles qui en avaient le plus rêvé ! Comme si leurs songes contribuaient à moduler leurs émotions.

Matthew Walker, neuroscientifique de Berkeley, va plus loin. Selon lui, les rêves agissent tel un baume pour adoucir l’amertume des expériences vécues dans la journée précédente.

Rêver pour prévenir les situations stressantes…

Dans la même veine, en 2000, le psychologue finlandais Antti Revonsuo élabore une théorie selon laquelle, à l’instar des simulateurs de pilotage, nos rêves nous plongent parfois dans des scénarios catastrophe pour mieux nous préparer à réagir aux situations stressantes dans la réalité.

Nos rêves nous protégeraient-ils ? Théorie séduisante mais totalement fantasmagorique selon certains chercheurs, pour qui le rêve n’est qu’un sous-produit du sommeil et de la pensée, sans fonction particulière. Le neuropsychiatre Allan Hobson les résume même à un épiphénomène du sommeil et un pur produit du hasard. En l’absence de stimuli pendant le sommeil, l’activité aléatoire de nos neurones générerait ces chimères et leurs bizarreries.

…ou pour occuper le cerveau

Affaire classée ? Pas encore. Le neuropsychanalyste sud-africain Mark Solms défend depuis dix ans une autre théorie : les images produites lors de nos songes serviraient à satisfaire l’énorme besoin d’activité de notre cerveau, tout en permettant à ses composants de “souffler”. Un peu comme les parents installent leurs enfants remuants devant un DVD pour avoir la paix… À suivre.

—S.B.

D’après Science&Vie Questions-Réponses n°17

> Lire également :

• Décoder le contenu des rêves via IRM
• On sait enfin à quoi servent les mouvements des yeux durant les rêves
• Peut-on être éveillé et ne pas penser ?

> Lire aussi dans les Grandes Archives de S&V :

• On pense tous quantique — S&V n°1177 (2015). Plusieurs recherches le montrent : notre pensée a un fonctionnement quantique (comme les objets physiques infiniment petits). Et les rêves ? La question reste ouverte…

• La science des cauchemars : d’où ils viennent et ce qu’ils disent de nous — S&V n°1162 (2014). Les cauchemars, cette catégorie de rêves effrayants ou angoissants, ont eux aussi un rôle biologique…

Les cellules des organismes vivants sont chargées d’énergie. Des chercheurs ont réussi à la capter pour alimenter un circuit intégré (ici, cellules du cerveau). Ph. NIH Image Gallery via Flicr CC BY 2.0

Pour la première fois, des chercheurs ont créé un microprocesseur qui s’alimente en énergie de la même manière que le font nos cellules. Soit, à partir des molécules d’ATP (ou adénosine-triphosphate) baignant le milieu cellulaire, qui sont les piles nous permettant de vivre et de perdurer.

Certes, la manip a été faite in vitro, c’est-à-dire dans des conditions artificielles loin de tout système biologique vivant. Il n’empêche ! Cette invention réalise un vieux rêve de la bio-ingénierie qui unifie les sources d’énergie de l’électronique et de la biologie avec, à la clé, des applications inédites aussi bien pour les êtres vivants que pour les engins électroniques.

L’ATP, réserve d’énergie de tous les êtres vivants

Le cœur du système repose donc sur l’utilisation des molécules d’ATP pour générer du voltage électrique transmis au microprocesseur. De fait, dans nos cellules, cette molécule est produite par des “organites” nommés mitochondries (ou par les chloroplastes des cellules végétales) à partir d’une longue chaîne de transformations débutant, très loin de là, par notre respiration et alimentation.

Membrane cellulaire. Illustration de la manière dont l’ATP fournit de l’énergie aux “pompes à ions” de la membrane pour filtrer certaines molécules chargées (ions).

Une fois produite, l’ATP est une réserve d’énergie pour la cellule : sa structure moléculaire est telle que si on la coupe (hydrolyse), elle libère un surplus d’énergie lequel est utilisé pour déclencher des réactions chimiques (conduisant par exemple à la contraction des muscles).

Capter artificiellement l’énergie de l’ATP

Si la coupure de l’ATP est opérée par des enzymes intracellulaires, les ATPase, elles-mêmes consommatrices d’énergie, le bilan global demeure positif. C’est ainsi que tous les êtres de la Planète vivent.

Molécule d’ATP avec ses deux parties (qui sont séparées par l’action des enzymes ATPase (Ph. ALoopingIcon via Wikicommons CC BY 2.5).

Or le système mis au point par les chercheurs réussit à opérer l’hydrolyse de l’ATP, à capter l’énergie ainsi libérée, à la transformer en voltage (différence de potentiel) et à transmettre celui-ci au circuit intégré. Voici comment…

Imitation du fonctionnement des membranes cellulaires

Sur un circuit intégré de quelque 5 mm de large – un composant nommé CMOS qui, miniaturisé, sert de transistor  dans la plupart des puces actuelles – les chercheurs ont disposé un petit dispositif de leur fabrication (20 mm de diamètre, voir figure) contenant un fluide riche en ATP ainsi que des enzymes ATPase et une membrane artificielle imitant les membranes cellulaires (avec des pompes à ions).

Des pompes à ions pour extraire l’énergie

Les enzymes cassent les molécules d’ATP et l’énergie récupérée active des “pompes à ion”, sortes de pores filtrants ne laissant passer qu’un type d’ion. Cela crée un déséquilibre entre le nombre de charges électriques situées de part et d’autre de la membrane, soit une différence de potentiel électrique d’un voltage de l’ordre de 78 mV.

Enfin, par le biais d’électrodes conductrices, ce voltage est transmis au circuit intégré, lequel est donc mis “sous tension” et peut accomplir son traitement élémentaire de l’information.

Le but visé dans l’avenir : réduire la taille du dispositif

Bien sûr, cette manip se déroule à une échelle “macroscopique” : le dispositif devrait être réduit d’un facteur 1 000 (micromètre) voire 1 000 000 (nanomètre) pour pouvoir être intégré dans une puce ou, carrément, dans un milieu biologique naturel. C’est la prochaine étape visée par les chercheurs.

Pour l’heure, ceux-ci ont simplement montré la faisabilité d’un couplage énergétique entre l’électronique et le biologique, ce que nul n’avait fait auparavant. Pour quelles applications ?

Un nouveau genre de système artificiel

Les chercheurs parlent de nouveaux systèmes artificiels contenant simultanément des composants biologiques et électroniques, telles des puces implantées (et alimentées) dans les corps.

Également, en se servant des membranes à pompes ioniques auto-alimentées en énergie, des dispositifs capables de détecter et identifier dans un liquide ou dans l’air la présence d’infimes quantités de substances particulières (nez électroniques, détection de la pollution, de la présence d’explosifs, etc.). Mais tout cela, c’est pour plus tard…

–Román Ikonicoff